CMOS制造中的多晶硅栅结构工艺

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2011/8/4

四步完成：栅氧 → 淀积 Poly → 光刻 → 刻蚀；特征尺寸由此定义，同时自对准掩蔽后续 S/D 注入。

1. 工艺地位 ​

  • 特征尺寸决定者：栅长 = 工艺节点
  • 自对准掩膜：后续 LDD / S/D 注入均以它为硬掩膜
  • 关键质量指标：线宽控制、侧壁陡直度、表面粗糙度

2. 四步流程 ​

步骤工艺 & 设备关键参数 / 目的
1. 栅氧化层生长干氧/湿氧氧化炉8–15 Å 高 k 或 SiO₂；去除原生氧化层 + 钝化界面
2. 多晶硅淀积LPCVD + SiH₄100–300 nm，可现场掺杂（N⁺/P⁺ poly）
3. 光刻DUV 光刻机 + 掩膜版定义栅极图形；CD 控制 ≤ ±2 nm
4. 刻蚀各向异性等离子体刻蚀垂直侧壁、无底切；终点检测至栅氧层

3. 结果示意 ​

CMOS 多晶硅栅结构工艺示意

  • 栅长 Lg = 光刻/刻蚀精度
  • 栅高 Hpoly ≈ 淀积厚度
  • 侧壁陡直度 > 85°（保证后续 spacer 均匀）

4. 版图/工艺接口要点 ​

  • 最小栅长 在版图层 POLY 中定义
  • 栅-有源间距 需满足设计规则（DRC）
  • 刻蚀偏置 需在 OPC 阶段补偿

一句话：先长一层超薄栅氧，再淀积掺杂多晶硅，通过 DUV + 等离子刻蚀把“尺子”刻出来——这就是整个 CMOS 工艺的特征尺寸原点。

CMOS制作基本步骤的相关文章 ​

  1. CMOS制作步骤（一）：双阱工艺（twin well process）
  2. CMOS制作步骤（二）：浅槽隔离工艺STI(shadow trench isolation process)
  3. CMOS制作步骤（三）：多晶硅栅结构工艺(poly gate structural process)
  4. CMOS制作步骤（四）：轻掺杂漏注入工艺LDD（lightly doped drain implants process）
  5. CMOS制作步骤（五）：侧墙的形成（side wall spacer formation）
  6. CMOS制作步骤（六）：源/漏注入工艺（S/D implant process)
  7. CMOS制作步骤（七）：接触（孔）形成工艺（contact formation）
  8. CMOS制作步骤（八）：局部互连工艺LI（Local Interconnect process）
  9. CMOS制作步骤（九）：Via-1, Plug-1及Metal-1互连的形成（Via-1 and Plug-1 formation）
  10. CMOS制作步骤（十）：Via-2, Plug-2,Metal-2及Top Metal形成（Via-2,Plug-2,metal2 interconnect and top metal formation）